一种飞机CFDS数据分析器及其实现方法

摘要

本发明涉及一种飞机CFDS数据分析器及其实现方法，首先在内场车间模拟航线可更换部件在飞机上的CFDS监控状态，然后在内场测试中完成LRU的车间级测试，再将测试数据进行解码分析和验证后移植入由ARINC429数据分析器和工控机构成的飞机CFDS数据分析器中，经所述ARINC429通道、离散I/O通道和被测机载系统通信，从而实现飞机CFDS数据分析；其价格低廉，具有二次开发接口，方便技术人员自主升级，大大降低了软件升级的成本，符合现代ATS设计标准，可以方便的移植入不同的自动测试系统，节约维修资源，打破国外的技术垄断，有效降低原来需要返厂维修的成本和航材周转时间，降低飞机部分组件国外送修率，提高企业竞争力。

说明书

技术领域

本发明涉及用于飞机维修的自动测试设备技术领域，特别是一种飞机CFDS数据分析器及其实现方法。

背景技术

现代飞机多采用集中故障显示系统(CFDS)作为各机载系统工作状态的管理中枢，CFDS通过监控航线可更换部件(LRU)的状态实现对飞机系统的故障隔离处理，它为维护人员提供了标准化的排故方法，帮助维护人员了解飞机故障状态，快速查找故障原因，及时排除故障。现代机载电子设备大多集成了CFDS功能，理论上讲，这些设备智能化程度很高，维修本应更加简单。但是，由于国内民航维修领域自动测试设备主要依赖进口，CFDS核心技术由国外掌握，随着机队的更新，测试设备却无法自主升级而丧失维修能力，造成了机载设备国外送修比例居高不下，送修总量随着机队数量扩大而逐年攀升。

CFDS典型构型是，其核心为集中故障显示接口组件(CFDIU)。当航线可更换部件(LRU)发生故障送往车间维修时，自动测试设备(ATE)应可担当CFDIU的功能，实现对LRU的测试及故障信息提取。

CFDS在国外发展较为成熟，如空客A320等现代机型上都配备了比较完善的集中故障显示系统。BITE(机内测试设备)是CFDS的基础，也是ATE(自动测试设备)的重要支撑。在现阶段，我国CFDS系统的研究尚处于起步阶段，研究基础比较薄弱，而国外对我国进行了严密的技术封锁，研究资料极为缺乏。这种情况造成了我国机载电子系统及相应ATE技术发展的瓶颈。

对于航空维修企业的生产而言，由于现代机载电子设备的BITE(内建自检设备)功能越来越完善，从表面上来看，大大降低了故障定位和维修的难度，但从维修实践来看，如果不掌握ATE的核心技术—集中故障显示系统(CFDS)功能测试及信息提取，大量航线可更换部件(LRU)将会因更新换代而无法实现深度维修，维修工作变成了简单的电路板更换操作。同时，因为仍在采用落后的维修技术，对新型电子设备的CFDS维护数据无法获取，不能满足适航取证的严格要求，相当一部分曾经具有维修能力的LRU组件被迫重新送往国外维修，大大的提高了维修的成本和航材的周转时间，给航空企业造成了沉重的负担。

为了解决维修能力问题，国内维修企业目前的做法是购买原厂专用维修设备并跟踪升级。但是，普遍存在以下几个问题：

1)原厂专用维修设备价格昂贵，一般维修企业难以承受，即使如维修工作中最为常见的T1200A总线控制器，其价格也以数十万元计，而较先进的ATE往往达到数百万元。如果达不到一定的维修规模，LRU故障组件只能被迫送往国外维修。即使可以一次性投资购买原厂专用维修设备，其软件更新也是价格不菲。例如原厂的一次简单维护数据的更新也会收取昂贵的升级费用，而这一部分数据信息在相应的部件维护手册(CMM)的改版中应该是提供的，因为维修企业不掌握自主的知识产权，无法自主升级，只能接受高昂升级费用，造成不断追赶，却步步落后的局面。

2)原厂专用维修设备一般针对性较强，适用的组件有限。为了提升维修能力，企业便要购置多种维修设备，而这些维修设备的功能相差并不多，很多不同件号LRU组件的区别仅在于CFDS接口功能的差异，这造成了企业维修资源的大量重复，难以达到合理配置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于：提供飞机CFDS数据分析器的实现方法和根据此方法设计的飞机CFDS数据分析器的技术方案，通过理论分析和实际的测试对比，可以完成较为完备的CFDS维护数据库。

研制的飞机CFDS数据分析器，具有灵活的人机接口和自动测试系统接口，满足不同的测试需求，并能够提供自主的升级途径，降低维修成本，使企业能够合理配置资源，提高维修效率。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种飞机CFDS数据分析器的实现方法，其特征在于：首先在内场车间模拟航线可更换部件(LRU)在飞机上的CFDS监控状态，然后在内场测试中完成LRU的车间级测试，为LRU的故障诊断和深度维修提供指引；将测试数据进行解码分析和验证后移植入由ARINC429数据分析器和工控机构成的飞机CFDS数据分析器中，建立LRU维护信息数据库；飞机CFDS数据分析器包括ARINC429通道、离散I/O通道、LRU维护信息数据库存储单元和分析解码单元，经所述ARINC429通道、离散I/O通道和被测机载系统通信，从而实现飞机CFDS数据分析；所述方法包括以下次序的步骤：

(1)CFDS数据的提取和解码：根据飞机维护手册(AMM)、故障隔离手册(FIM)、故障定位手册(TSM)以及具体部件的CMM手册、ARINC429标准、ARINC604规范、ARINC624规范，分析CFDS系统的一般数据格式和电气标准，并通过实际测试典型组件的维护数据进行解码分析和验证；

(2)将机载系统按其硬件智能化程度高低程度划分为1型、2型和3型机载系统；机载系统的划分依据出自空客飞机维护手册(AMM)和ARINC624规范ARINC624规范(机载维修系统的设计指南)。

(3)CFDS数据分析器硬件的实现，所述CFDS数据分析器硬件采用RINC429数据分析器和工控机实现；ARINC429数据分析器采用嵌入式系统集成，或通过PXI测试总线，集成到PXI测试系统中；CFDS数据分析器包括ARINC429通信协议通道和离散I/O通道，并由统一的主控制单元控制，以实现与1型、2型和3型机载系统之间的维护数据的交换；正常状态下，对于硬件智能化较高的1型的机载系统，CFDS数据分析器对其发出多状态的维护请求和交联数据，并接收其返回的维护数据字；对于硬件智能化程度一般的2型的机载系统，CFDS数据分析器可通过离散命令对其提出维护请求，并接收返回的维护数据字；对于硬件智能化较低的3型的机载系统，CFDS数据分析器通过离散命令对其提出维护请求，并接收返回的自检状态离散量；CFDS数据包由分析解码单元解码后，在LRU维护信息数据库存储单元中寻址得到对应的状态数据；ARINC429通道和离散I/O通道均采用PXI测试系统实现，分析解码和维护数据库的存储与寻址由工控机实现，PXI测试系统与工控机通过高速总线(78MB/s)连接；

(4)CFDS仿真模拟方式和分析解码方式的实现，仿真模拟方式模拟机载MCDU的CFDS工作页面，实现顶层普通模式(normal mode)和交互模式(interactive mode)，用以在车间中还原LRU组件在飞机上的工作状态；分析解码方式包括初始设置、LRU标识、用户标识、普通模式(normal mode)和交互模式(interactive mode)具体数据的解码、总线数据的时序分析和存储；

(5)CFDS维护数据库的建立，维护数据库符合相关标准的基本定义，并通过分析CMM手册和实际维护数据的测试和分析实现；该部分采用分级开放式结构，在基本数据库的基础上，可通过统一的数据库配置页面方便得添加数据，数据库由数据字标识(Label)和设备识别号(ID)索引，根据数据字类型分类处理；根据不同LRU组件进行测试方案的设计和测试数据的分析程序，根据适航指令(AD)、服务通告(SB)、CMM手册改版(REV)及时对数据库进行更新的程序。

一种根据上述方法实现的飞机CFDS数据分析器，由ARINC429数据分析器和工控机构成，所述CFDS数据分析器包括主控制单元、ARINC429通信协议通道、离散I/O通道、LRU维护信息数据库存储单元、分析解码单元、ATS接口和机接口；主控制单元由工控机构成；ARINC429通道主要包括ARINC429数据发生器，ARINC429数据分析器，存储单元，ARINC429通信接口构成；所述ARINC429通道集成于一块板卡上通过插槽与主控制单元由工控机连接；所述离散I/O通道由PXI总线32通道I/O模块构成，包括数字I/O单元及电平转换单元，所述离散I/O通道集成于一块板卡上，通过插槽与主控制单元由工控机连接，离散I/O通道主要完成，离散数据的收发。所述LRU维护信息数据库存储单元由工控机的存储硬件和数据库程序构成，分析解码单元主要由存储模块、解码器和输入输出模块构成；所述ARINC429通道的功能是接收和发送ARINC429格式信息，完成多状态的维护请求和交联数据的发送，接收该通道的返回维护数据字；所述离散I/O通道的功能是执行离散命令对机载系统提出维护请求，并接收返回的维护数据字；所述LRU维护信息数据库存储单元主要是存储维护信息，并对信息进行分类；所述分析解码单元主要完成对接收的CFDS数据包进行解码分析；

本发明的有益效果是：1)CFDS测试分析系统价格低廉，CFDS方面的功能更为强大2)具有二次开发接口，方便技术人员自主升级，大大降低了软件升级的成本。3)符合现代ATS(自动测试系统)的设计标准，可以方便的移植入不同的自动测试系统，节约维修资源。4)打破国外的技术垄断，并在其基础上自主创新，结合不同厂商的CFDS功能为一体，有效降低原来需要返厂维修的成本和航材周转时间，降低飞机部分组件国外送修率，提高企业竞争力。

附图说明

图1为CFDS数据分析器结构框图；

图2为CFDS分析解码方式结构框图；

图3为维护数据库结构框图；

图4为CFDS典型构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

如图1至图4所示，CFDS功能测试及信息提取技术是提高深度维修能力的基础，是民用机载设备ATE技术的重要支撑。本方法的主要目的就是通过对这一技术，按照新一代自动测试系统(ATS)的设计标准，具有自主知识产权的CFDS数据分析器，建立符合测试要求的基础维护信息数据库，为构建通用的ATE平台提供技术支持。

技术方案：本方法的总体思路是借鉴现代机载集中故障显示系统(CFDS)，分析其设计理念、系统构成和工作方式，研究其功能测试和信息提取方法等核心技术，具体揭示其数据格式和电气标准；根据航空维修企业内场测试的需求，按照现代自动测试系统的设计标准，完成具有自主知识产权的CFDS数据分析器的研制。

CFDS数据分析器主要实现：在内场车间模拟LRU在飞机上的CFDS监控状态，以减小LRU在航线与车间测试环境的差异，降低航线上LRU的误拆率和零飞行小时返修率；在内场测试中完成LRU的车间级测试，为LRU的故障诊断和深度维修提供指引；系统具有灵活的接口和良好的可移植性，可以为研制我国民航机载电子设备新一代自动测试系统提供技术支持；建立较为完备的CFDS维护数据库。

具体采用以下技术措施：

1、CFDS数据的提取和解码：根据现代飞机(如A320)的飞机维护手册(AMM)、故障隔离手册(FIM)/故障定位手册(TSM)以及具体部件的CMM手册、ARINC429标准、ARINC604规范(机内测试设备的设计和使用指南)、ARINC624规范(机载维修系统的设计指南)，分析CFDS系统的一般数据格式和电气标准，并通过实际测试典型组件的维护数据进行解码分析和验证。该部分资料较为完善，但需要到维修现场进行多次的数据提取，前期研制费用较高。多家航空维修企业对该项目都有应用需求，如北京飞机维修工程有限公司(AMECO)、天津航大雄英航空工程有限公司等，均可提供测试条件和技术支持。

2、CFDS测试分析系统硬件的实现：采用ARINC429数据分析器和工控机实现。ARINC429数据分析器可采用嵌入式系统集成，或通过PXI测试总线，集成到PXI测试系统中。CFDS测试分析系统实现方案如图1所示。CFDS数据分析器包括ARINC429通道和离散I/O通道，并由统一的主控制单元控制，以实现与机载1型、2型、3型系统之间的维护数据的交换。正常状态下，对于较为复杂的机载1型的系统，CFDS数据分析器对其发出多状态的维护请求和交联数据，并接收其返回的维护数据字；对于一般的机载2型的系统，CFDS数据分析器可通过离散命令对其提出维护请求，并接收返回的维护数据字；

对于智能化较低的机载3型的系统，CFDS数据分析器通过离散命令对其提出维护请求，并接收返回的自检状态离散量。CFDS数据包由分析解码单元解码后，在LRU维护信息数据库存储单元中寻址得到对应的状态数据。

CFDS数据分析器可以集成到现代自动测试系统中，采用PXI测试总线，图1中，ARINC429通道和离散I/O通道均采用PXI测试系统实现，分析解码和维护数据库的存储与寻址由工控机实现，PXI测试系统与工控机通过高速总线连接。此外，还可通过嵌入式系统技术实现便携式CFDS数据分析仪的应用该部分项目组成员有扎实的硬件开发基础，并在PXI测试系统集成、ARINC429总线板卡设计和嵌入式系统开发方面具有丰富的项目开发经验，有信心完成该任务。

3、CFDS仿真模拟方式和分析解码方式的实现：CFDS工作方式参照机载MCDU的工作方式和具体部件的车间级测试要求。仿真模拟方式模拟机载MCDU的CFDS工作页面，实现顶层普通模式(normal mode)和交互模式(interactive mode)，以在车间中还原LRU组件在飞机上的工作状态。分析解码方式包括初始设置、LRU标识、用户标识、普通模式(normal mode)和交互模式(interactive mode)具体数据的解码、总线数据的时序分析和存储等。

CFDS分析解码方式结构如图2所示，图中二级结构仅给出了普通模式(normal mode)下的部分三级结构的设计。该部分可在Windows环境下，采用C++语言编程实现，便携式分析系统可在linux环境下实现，主要难点在于CFDS数据参数的选择和解码方式的具体实现，应避免遗漏和功能缺失，并应具备二次开发接口，供航空维修企业技术人员开发使用。

4、CFDS维护数据库的建立：维护数据库符合相关标准的基本定义，并通过分析CMM手册和实际维护数据的测试和分析实现，如图3所示。

该部分采用分级开放式结构，在基本数据库的基础上，工程管理人员可通过统一的数据库配置页面方便得添加数据，而不需要专业的编程知识。数据库由数据字标识(Label)和设备识别号(ID)索引，根据数据字类型分类处理。根据不同LRU组件进行测试方案的设计和测试数据的分析，根据适航指令(AD)、服务通告(SB)、CMM手册改版(REV)等及时对数据库进行更新操作。

根据上述方法实现的CFDS数据分析器，包括：两类数据通道，分别接收处理机载1型，2型，3型系统的数据，由于机载1型系统发送的数据类型较为复杂，主要是ARINC429格式信息，因此该类数据通道主要完成多状态的维护请求和交联数据的发送，接收器该通道的返回维护数据字，主要由ARINC429通道完成；对于机载2型系统，CFDS数据分析器主要通过离散I/O通道对其发送维护请求，并接收返回的维护数据字，该通道的数据信息也要通过ARINC429通道进行发送与数据分析器的主控制单元通信；对于机载3型系统CFDS数据分析器主要通过离散I/O通道对其发送离散命令，并接收返回的自检状态离散量。同时还要求ARINC429通道能够对数据进行打包处理。ARINC429通道主要包括ARINC429数据发生器，ARINC429数据分析器，存储单元，ARINC429通信接口构成，具体传输速度要求接收模式下，字速率实现0.5～00字/秒；发射模式下，低速发射位速率实现8.1到20.4KBPS，精度±1us；字速率实现5.0ms～32000ms，1.0ms步进，精度±0.5ms，最大字速率300字/秒；发射模式下，高速发射位速率实现801/100/125KBPS，精度±1us；字速率实现5.0ms～32000ms，1.0ms步进，精度±0.5ms，最大字速率1500字/秒。离散I/O通道主要完成，离散数据的收发，由数字I/O单元及电平转换单元构成。

主控制单元对两类数据通道接收的数据进行处理，分析及显示的功能，主要包括LRU维护信息数据库存储单元、分析解码单元、自动测试设备接口单元、人机接口单元。其中LRU维护信息数据库存储单元主要是存储维护信息，并对信息进行分类；分析解码单元主要完成对接收的CFDS数据包进行解码分析；自动测试设备接口单元主要完成数据分析器与自动测试设备的连接；人机接口单元则是为使用者提供一个良好的人机交换环境，实现数据分析器的操作。

根据上述说明，结合本技术领域专业知识即可再现本发明的技术方案。